大孔径高深径比玻璃通孔的高效高质超级填充

后摩尔时代，三维封装已成为实现芯片高密度异构集成的关键技术路线，是满足新一代芯片高性能、低功耗、小体积等综合要求的最佳途径。玻璃通孔（TGV）技术具有热稳定性高、介电损耗低、与芯片材料兼容性强等优势，已成为三维封装中的研究热点。然而，在 TGV 全铜填充以实现上下芯片垂直堆叠互连的过程中，电镀填铜金属化面临诸多挑战，如大孔径高深径比 TGV 中离子传质效率低、电流分布不均匀，导致填充效率低、容易产生孔洞缺陷等。如何在大孔径高深径比 TGV 中实现致密、无缺陷铜填充亟待突破。

广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室陈新、陈云教授团队提出了一种非对称双向脉冲电镀策略。大孔径高深径比玻璃通孔的非对称双向脉冲电镀方案如图1所示，通过创新电镀液体系，并交替施加正向和反向脉冲电流，打破了传统电镀的稳态传质模式，成功地实现了大孔径高深径比TGV的高效无缺陷全铜填充。非对称的脉冲参数设计能够精准调控 TGV 内的电流密度使之呈梯度分布。使得 TGV 的中部始终为沉积速率最大的区域，从而有效抑制了孔口的过度沉积，实现了从中心区域到两端孔口的均匀、高效蝶形填充，为高质量的 TGV 电镀填充提供了新的途径。

图1 大孔径高深径比玻璃通孔的非对称双向脉冲电镀方案

该团队分别探究了正向电流密度、预处理时间、反向电流密度、反向电流导通时间以及硫酸浓度对 TGV全铜填充的影响规律。在此基础上进一步优化了电镀工艺参数：在 TGV 沉积的初始阶段，采用较低的正向电流密度和较长的反向脉冲电流导通时间来促进TGV 中心区域的高质量电镀填充，实现中部区域的率先闭合；在双盲孔形成之后,通过增加正向电流密度和反向脉冲电流密度，并缩短反向脉冲电流导通时间来提高电镀沉积效率。最终在总时间180min 内实现了孔径 d为 75 μm、深径比为 5.5 的 TGV 无缺陷全铜填充。与之前报道的相同孔径、深径比的 TGV 填充结果相比，其填充效率提升了 400%，目前在实验室已经实现了深径比超过 15 的超高深径比 TGV 无缺陷全铜填充。

研究团队未来将继续深耕 TGV 电镀填充工艺围绕脉冲电镀参数的精准调控以及电解液体系的创新升级等问题进行研究，着力解决传统电镀中高深径比结构“空洞”“缝隙”等共性难题，实现互连孔群的高效高质量填充，助力我国微电子三维封装技术快速发展。（吴恒旭）

来源：电子与封装，第25卷,第10期，侵删

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